变量的存储布局
#include <stdio.h>
const int A = 10;
int a = 20;
static int b = 30;
int c;
int main(void)
{
static int a = 40;
char b[] = "Hello world";
register int c = 50;
printf("Hello world %d\n", c);
return 0;
}
我们在全局作用域和main函数的局部作用域各定义了一些变量，并且引入一些新的关键字const、 static、 register来修饰变量，那么这些变量的存储空间是怎么分配的呢？我们编译之后用readelf命令看它的符号表，了解各变量的地址分布。注意在下面的清单中我把符号表按地址从低到高的顺序重新排列了，并且只截取我们关心的那几行。
gcc main.c -g
$ readelf -a a.out
...
68: 08048540 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 15 A
69: 0804a018 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 23 a
52: 0804a01c 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 23 b
53: 0804a020 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 23 a.1589
81: 0804a02c 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 24 c
...
变量A用const修饰，表示A是只读的，不可修改，它被分配的地址是0x8048540，从readelf的输出可以看到这个地址位于.rodata段：
Section Headers:
[Nr] Name Type Addr Off Size ES Flg
Lk Inf Al
...
[13] .text PROGBITS 08048360 000360 0001bc 00
AX 0 0 16
...
[15] .rodata PROGBITS 08048538 000538 00001c 00
A 0 0 4
...
[23] .data PROGBITS 0804a010 001010 000014 00
WA 0 0 4
[24] .bss NOBITS 0804a024 001024 00000c 00 WA
0 0 4
...
它在文件中的地址是0x538~0x554，我们用hexdump命令看看这个段的内容：
hexdump -C a.out
...
00000530 5c fe ff ff 59 5b c9 c3 03 00 00 00 01 00 02 00
|\...Y[..........|
00000540 0a 00 00 00 48 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 20
|....Hello world |
00000550 25 64 0a 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
|%d..............|
...
其中0x540地址处的0a 00 00 00就是变量A。我们还看到程序中的字符串字面值"Hello world
%d\n"分配在.rodata段的末尾，字符串字面值是只读的，相当于在全局作用域定义了一个const数组：
const char helloworld[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ' ','w', 'o', 'r', 'l', 'd', ' ', '%', 'd', '\n','\0'};
程序加载运行时， .rodata段和.text段通常合并到一个Segment中，操作系统将这个Segment的页面只读保护起来，防止意外的改写。这一点从readelf的输出也可以看出来：
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00
01 .interp
02 .interp .note.ABI-tag .hash .gnu.hash .dynsym .dynstr
.gnu.version .gnu.version_r .rel.dyn .rel.plt .init .plt .text .fini
.rodata .eh_frame
03 .ctors .dtors .jcr .dynamic .got .got.plt .data .bss
04 .dynamic
05 .note.ABI-tag
06
07 .ctors .dtors .jcr .dynamic .got
注意，像A这种const变量在定义时必须初始化。因为只有初始化时才有机会给它一个值，一旦定义之后就不能再改写了，也就是不能再赋值了。
从上面readelf的输出可以看到.data段从地址0x804a010开始，长度是0x14，也就是到地
址0x804a024结束。在.data段中有三个变量， a， b和a.1589。
a是一个GLOBAL的符号，而b被static关键字修饰了，导致它成为一个LOCAL的符号，所以static在这里的作用是声明b这个符号为LOCAL的，不被链接器处理，在下一章我们会看到，如果把多个目标文件链接在一起， LOCAL的符号只能在某一个目标文件中定义和使用，而不能定义在一个目标文件中却在另一个目标文件中使用。一个函数定义前面也可以用 修饰，表示这个函数名符号是LOCAL的。
还有一个a.1589是什么呢？它就是main函数中的static int a。函数中的static变量不同于以前我们讲的局部变量，它并不是在调用函数时分配，在函数返回时释放，而是像全局变量一样静态分配，所以用“static”（静态）这个词。另一方面，函数中的static变量的作用域和以前讲的局部变量一样，只在函数中起作用，比如main函数中的a这个变量名只在main函数中起作用，在别的函数中说变量a就不是指它了，所以编译器给它的符号名加了一个后缀，变成a.1589，以便和全局变量a以及其它函数的变量a区分开。
.bss段从地址0x804a024开始（紧挨着.data段），长度为0xc，也就是到地址0x804a030结束。变量c位于这个段。从上面的readelf输出可以看到， .data和.bss在加载时合并到一个Segment中，这个Segment是可读可写的。 .bss段和.data段的不同之处在于，.bss段在文件中不占存储空间，在加载时这个段用0填充。所以全局变量如果不初始化则初值为0，同理可以推断， static变量（不管是函数里的还是函数外的）如果不初始化则初值也是0，也分配在.bss段。
现在还剩下函数中的b和c这两个变量没有分析。上一节我们讲过函数的参数和局部变量是分配在栈上的， b是数组也一样，也是分配在栈上的，我们看main函数的反汇编代码：
$ objdump -dS a.out
...
char b[]="Hello world";
8048430: c7 45 ec 48 65 6c 6c movl $0x6c6c6548,-
0x14(%ebp)
8048437: c7 45 f0 6f 20 77 6f movl $0x6f77206f,-
0x10(%ebp)
804843e: c7 45 f4 72 6c 64 00 movl $0x646c72,-0xc(%ebp)
register int c = 50;
8048445: b8 32 00 00 00 mov $0x32,%eax
printf("Hello world %d\n", c);
804844a: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp)
804844e: c7 04 24 44 85 04 08 movl $0x8048544,(%esp)
8048455: e8 e6 fe ff ff call 8048340 <printf@plt>
...
可见，给b初始化用的这个字符串"Hello world"并没有分配在.rodata段，而是直接写在指令里了，通过三条movl指令把12个字节写到栈上，这就是b的存储空间，如下图所示。
注意，虽然栈是从高地址向低地址增长的，但数组总是从低地址向高地址排列的，按从低地址到高地址的顺序依次是b[0]、 b[1]、 b[2]……这样，数组元素b[n]的地址 = 数组的基地址（b做右值就表示这个基地址） + n × 每个元素的字节数当n=0时，元素b[0]的地址就是数组的基地址，因此数组下标要从0开始而不是从1开始。
变量c并没有在栈上分配存储空间，而是直接存在eax寄存器里，后面调用printf也是直接从eax寄存器里取出c的值当参数压栈，这就是register关键字的作用，指示编译器尽可能分配一个寄存器来存储这个变量。我们还看到调用printf时对于"Hello world %d\n"这个参数压栈的是它在.rodata段中的首地址，而不是把整个字符串压栈，所以字符串在使用时可以看作数组名，如果做右值则表示数组首元素的地址（或者说指向数组首元素的指针）。
